带电粒子在磁场中的运动
带电粒子在匀强磁场中作圆周运动的问题是近几年高考的热点,这些考题不但涉及到洛伦兹力作用下的动力学问题,而且往往与平面图形的几何关系相联系,成为考查学生综合分析问题、运用数字知识解决物理问题的难度较大的考题。但无论这类问题情景多么新颖、设问多么巧妙,其关键一点在于规范、准确地画出带电粒子的运动轨迹。只要确定了带电粒子的运动轨迹,问题便迎刃而解。下面举几种确定带电粒子运动轨迹的方法。
一、对称法
带电粒子如果从匀强磁场的直线边界射入又从该边界射出,则其轨迹关于入射点和出射
点线段的中垂线对称,且入射速度方向与出射速度方向与边界的夹角相等(如图1);带电粒子如果沿半径方向射入具有圆形边界的匀强磁场,则其射出磁场时速度延长线必过圆心
(如图2)。利用这两个结论可以轻松画出带电粒子的运动轨迹,找出相应的几何关系。
例1.如图3所示,直线MN上方有磁感应强度为B的匀强磁场。正、负电子同时从同
一点O以与MN成30°角的同样速度v射入磁场(电子质量为m,电荷为e),它们从磁场中射出时相距多远?射出的时间差是多少?
解析:正、负电子的半径和周期是相同的。只是偏转方向相反。先确定圆心,画出半径
和轨迹(如图4),由对称性知:射入、射出点和圆心恰好组成正三角形。所以两个射出点
相距s=2r=,由图还看出经历时间相差,所以解此题的关键是找圆心、找半径和用对称。